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《华南理工大学》 2017年
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基于快速非奇异终端滑模的直线开关磁阻电机位置控制

周龙飞  
【摘要】:直线开关磁阻电机属于一种直线式机电能量转换装置,其兼有直线电机和开关磁阻电机的双重特性,一方面在实现直线运动的同时摆脱了中间传动装置的束缚,大大提高系统的运行效率,减少了机械结构带来的系统误差;另一方面直线开关磁阻电机作为直驱式电机,具有响应速度快、控制精度高等优点,在直线式高精度位置控制领域具有广阔的应用前景。随着工业应用的不断深入和相关技术的飞速发展,人们对直线开关磁阻电机伺服控制系统的动稳态特性、鲁棒性等提出了更高的性能要求,传统的控制方法已无法满足其控制需求。本文旨在寻求某种位置闭环控制策略,不仅在控制效果上优于传统控制方法,而且力求算法实现上可行,从而拓宽该类电机的应用范围,适应现代工业化发展的需求,因此具有重要的理论意义和现实意义。本文首先介绍了直线开关磁阻电机的发展历史与研究现状,详细阐述了其机械结构和工作原理,并由此得出直线开关磁阻电机的电压方程、机械方程和机电联系方程,最后根据仿真研究的需要利用有限元数据建立开关磁阻电机的非线性模型。本文通过介绍滑模变结构的基本原理,引出快速非奇异终端滑模控制算法,采用其特殊的非线性控制方式设计了直线开关磁阻电机伺服控制系统的外环位置控制器,同时,针对未知负载扰动和静摩擦力对控制系统影响的问题,本文构建了降阶负载观测器进行前馈补偿,以提高系统的位置跟踪精度。最后,本文设计并制作了一款直线开关磁阻电机位置控制驱动器,为控制算法的实验验证提供了硬件平台。本文在Matlab/Simulink环境下搭建了直线开关磁阻电机位置控制系统仿真模型,分别对各种算法的控制效果进行了仿真和对比分析,结果显示本文所采用的基于快速非奇异终端滑模的位置控制算法在动稳态特性、鲁棒性等方面性能更为优异。同时利用本文设计的硬件平台对仿真中各种控制算法进行验证,进一步验证了该算法在直线开关磁阻电机位置控制中的有效性和优越性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM352

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